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Procédé pour la réalisation de réactions métallurgiques en particulier pour la production directe du fer dans la chambre de combustion.
L'invention concerne un procédé pour la réalisation de réactions métallurgiques, en particulier pour la production directe du fer dans la chambre de combustion.
Par exemple, jusqu'à présent l'utilisation de matières pulvé-
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rulentes constituant des résidus ou paraissant inutilisa- bles avec les procédés de préparation actuels, entratna des difficultés extraordinaires. Il a été déjà proposé d'insuffler ces matières fines et pulvérulentes dans des fours rotatifs, en les insufflant, soit dans une flamme de chauffé dans la direction du courant de celle-ci ou en direction opposée, soit dans un courant de gaz chauds ne plus exposés à une action de flammes.
Pour tous ces procédés, on a jusqu'à présent dû constater l'inconvénient que l'effet en- dothermique de la réaction, par exemple des oxydes de fer, provoqua un refroidissement considérable de la flamme amenée ou des gaz de chauffe, de sorte qu'il n'était pas possible d'obtenir un résultat satisfaisant. D'un autre côté, si l'action calorifique des gaz de chauffe ou de la flamme de chauffe n'est pas suffisante, il y a risque que des quantités importantes des matières fines, ne flottant pas assez longtemps dans le courant des gaz de chauffe, échappent à la réaction, à la place de laquelle la désoxydation se transforme en une réoxydation, de sorte qu'à la place du métal pur un produit similaire au produit initial sortit dans;la phase finale par la coulée.
On a proposé de produire un excédent de chaleur considérable en amenant à la flamme même une température excessive, afin de s'opposer à l'effet endothermique. On a également essayé de produire un tourbillonnement de flammes au moyen de tuyères séparées. D'autres propositions envisagèrent de disposer de nouvelles sources de chaleur en différents endroits du four, en correspondance avec la progression du processus de désoxydation, afin de s'opposer à la réoxydation du métal ou du fer précipités.
Cette disposition de l'introduction séparée de la flamme, que ce soit une
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flamme à huile ou à charbon pulvérisé, et des minerais pulvérulents dans une seule chambre de combustion imposa des constructions compliquées des chauffes volumineuses, des souffleries et mécanismes de transport, et des obturations compliquées dans le cas de l'emploi de fours rotatifs.
Un autre inconvénient essentiel consista en ce que, pour éviter la réoxydation du métal ou du fer, il fallait opérer, dans un processus séparé, une certaine agglo- mération ou une agglutination du minerai, ou insuffler ou introduire avec la charge, pour protéger le minerai du charbon pulvérisé dans une mesure dépassant les puissances calo- rifiques nécessaires à l'utilisation thermique.
L'invention présente remédie à ces inconvénients parce qu'elle introduit sous pression la matière à traiter finement pulvérisée dans le mélange combustible, déj avant la naissance de l'action de la flamme, c'est-à-dire avant l'allumage, dans une chambre précédant les tuyères, et qu'elle imprime à tout le mélange combustible même, déjà dans cette antichambre des tuyères, une turbulence telle que, par suite du flottement ainsi produit et de la pression élevée qui règne, il sera obtenu un contact intime et énergique des matières en suspens dans le mélange gazeux, et par conséquent déjà une certaine réaction préalable avant la naissance de la flamme.
Ce mélange combustible étant alors allumé après avoir passé à travers les orifices des tuyères, une grande partie de la chaleur endothermique sera remplacée par l'énergie employée auparavant par la production de la turbulence des matières en suspens et du mouvement ainsi devenu libre des matières en suspens et des molécules de gaz.
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Grâce à ce contact intime préalable des différentes molécules dans l'antichambre précédant les tuyères il devient possible que dans la flamme même le fer ou le métal purs se précipitent en forme de gouttes, et que la chaleur de la flamme reste assez élevée pour empêcher la réoxydation des gouttelettes de fer.
Dans une autre réalisation de l'invention, de la chaleur additionnelle est amenée par en dehors, au moyen d'un chauffage de l'antichambre des tuyères, au mélange de réaction en suspens, cette chaleur rendant le mouvement moléculaire encore plus intime. En même temps on peut se servir de la paroi réchauffée de l'antichambre des tuyères pour amener de l'air réchauffé au mélange de réaction à l'endroit de naissance de la flamme, cet air réchauffé permettant d'un côté l'allumage, d'un autre uns élévation de la température de la flamme.
Une autre réalisation de l'invention consiste en ce qu'on imprime au mélange de réaction en suspens les effets de champs de force provoquant des mouvements additionnels aux mouvements moléculaires, de sorte qu'aussi par cette voie le contact des molécules entre elles devient plus intime. On pourra par exemple se servir de ohamps de turbulence électriques ou magnétiques pour agir sur lea matières en suspens dans le mélange gazeux.
Le caractère chimique de la flamme définitivement à produire peut être déterminé en amenant, de manière connue, dans la flamme un courant gazeux de nature additionnelle, que ce soit de la vapeur chaude, du gaz à l'eau, du propane, de l'oxygène pur ou un autre gaz quelconque.
L'introduction de ce courant gazeux additionnel se fera avantageusement à travers l'aiguille du brûleur, et ce eau-
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rant gazeux sortira directement dans le point d'échappement de la flamme allumée.
Afin de maintenir l'action intime du tourbillon- nement de la matière avec les gaz de chauffe et les moyens de réaction, aussi après la formation de la flamme, on laissera suivant l'invention les charges centralisées du brûleur qui se trouvent déjà dans une certaine turbulence, encore davantage dans la turbulence, par ce qu'elles vien- nent à l'orifice d'échappement dans une tête directrice de flammes imprimant, de par la formation de ses parois, un mouvement rotatif ,à la flamme naissante.
Il s'est mon- tré également utile de faire opérer, le cas échéant, par cette tête directrice de flamme une division de flamme en faisceaux de flamme séparés tournant de leur côté autour de dé leur propre axe et laissant libre au centre un noyautermi- nant au moyen de l'agent caractéristique de -réaction l'ac- tion de la réaction de la chambre de combustion.
En poursuivant le développement la tête directri- ce de flamme elle-même peut être mise en rotation pour que le faisceau de flammes ou les différents faisceaux de flam- mes puissent lécher les parois du four à réverbère.
- On peut obvier utilement au refroidissement de la flamme sur les parois réchauffant additionnellement la paroi de la terre directrice de flamme ou les parois du four dans lequel le mélange s'échappe d'un point central.
Tandis que jusqu'à présent on n'a connu que la méthode consistant en ce qu'on fasse entrer dans un four des mélanges combustibles de nature la plus variée, de compo- si%ion solide, liquide et gaeuse, et qu'on introduise sépa- rément d'eux, suivant les principes d'équi-courant ou de contre-courante la matière à charger dans le four, ce qui a @
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provoqué, par suite des différences de chaleur et de l'expo- sition brusque de la matière à traiter aux températures éle- vées de la flamme, les inconvénients d'une grande dépense de chaleur guère économique, et ce qui a eu pour consé- quence des difficultés constructives par rapport à la place et qu'il fallait vaincre,
l'invention prévoit la combinai- son centrale de la matière à charger au centre de la flamme de réaction, et la production de la turbulence des matières en suspens dans le mélange gazeux avant la naissance de la flamme, ce qui permet d'obtenir le maximum possible de l'effet de la réaction. é
Les dessins représentent des exemples d'excution de dispositif, à réaliser l'invention.
La figure 1 montre une coupe longitudinale d'un brûleur avec orifice d'échappement simple dans la chambre de combustion.
La figure 2 en montre un détail.
La figure 3 montre une coupe longitudinale d'un brûleur muni d'une tête directrice de flamme.
La figure 4 montre des aubes directrices pour la déviation tangentielle sous forme d'une surface en vis dans le genre d'une hélice.
La figure 5 représente une coupe transversale de la tête directrice de flamme.
Les figures 6 et 7 représentent un dispositif pour la production des faisceaux de flammes. dans
La figure 8 demie/une coupe transversale l'ex- plication de l'image des flammes.
Dans les figures 1 et 3 -1- désigne le corps de tuyère proprement dit, dans l'intérieur duquel se trouve l'aiguille de brûleur -2-, la vis de convoyeur -3-, les
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tubulures d'amenée -3a-, -3b-, -3c- pour gaz, minerais de toute sorte et charbon pulvérisé, et qui contient en outre l'arrivée pour l'air primaire-4- et l'arrivée pour l'air secondaire -5-. La canalisation à huile -6-, ainsi que la canalisation à gaz -7- pour les gaz à introduire, tels par exemple la vapeur surchauffée, l'hydrogène, l'acétylène, l'oxygène pur, l'oxyde de carbone pur, le gaz de propane (C3H8), sont montées extérieurement sur le corps de tuyère -1-. L'huile passe par le presse étoupe -9-, les spires de réchauffage de l'antichambre de la tuyère sont désignées par-8-.
La paroi de l'antichambre de la tuyère est pourvue en -10-, à l'orifice d'entrée de l'air primaire, des nervures directrices.
Sur la figure 3 on voit à droite, branchée sur le brûleur la tête directrice de flamme -13- avec les aubes directrices -12- et la buse centrale-11-. Les spires de réchauffage 14 se trouvent dans la paroi de la tête directrice -13-. Le corps de four -15- est représenté comme celui d'un four à cylindre ou rotatif. Le dispositif de commande de la rotation de la tète directrice est indiqué schématiquement en-16-.
Dans la tête directrice de flamme sont disposées des aubes directrices -12- conduites axialement et qui se trouvent en petit nombre dans la tête directrice du reste lisse et conique, de manière telle que la projection des masses gazeuses contre la paroi du four -15- soit assurée.
Les aubes directrices -12- sont construites en surfaces hélicoïdales à trois, quatre ou plusieurs pas, le pas de la surface hélicoïdale pouvant être varié à volonté, donc de manière appropriée, du commencement jusqu'à la fin de l'hélice.
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Dans l'image des flammes suivant figure 8 il y a à titre d'exemple production de quatre faisceaux de gerbes de flammes a, b, c, et d, dont chacun tourbillonne autour e de son propre axe en laissant libre un vide intérieur/dans lequel, au besoin par la canalisation -7- (figure 3) et l'alésage de l'aiguille -2-, ainsi que par la tuyère -11- faisant office d'éjecteur, on peut introduire au centre de la flamme un courant gazeux de composition et d'effet quel- conques.
Une autre exécution suivant l'invention vise à rendre toute l'amenée des combustibles et des matières à z traiter, solides, liquides et gaeux, compris le mouvement' de l'air d'amenée, entièrement automatique en dépendance de la flamme venant d'être allumée, La proposition pour la so- lution de cette idée de l'invention vise une fois à faire observer la chambre de combustion par des éléments thermi- ques ou par des cellules photoélectriques, une autre fois elle envisage de choisir le cas échéant, eu égard des con- ditions turbulentes régnant dans la chambre de combustion, l'antichambre de la tuyère comme lieu d'observation.
Les figures 1 et 3 représentent un exemple d'un dispositif correspondant pour la réalisation entièrement automatique du réglage du mélange combustible.-17- indique ici schématiquement un couple thermo-électrique ou une cel- lule photoélectrique appropriée, en communication avec un dispositif d'ajustage-18- et actionnant le relais de com- mande-19-. Le moteur de commande -20- actionnant tout le mécanisme de réglage du mélange combustible sera alors mis en marche en avant ou en arrière dans le sens d'un renfor- cement ou d'une diminution de l'amenée.
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Le procédé suivant l'invention et les dispositifs décrits permettent de réaliser tous les procédés thermiques, par exemple ceux du domaine de la métallurgie, des métaux lourds et des alliages légers. On peut opérer des processus d'agglomération et d'agglutination, comme on en a besoin par exemple pour le travail des minéraux, pour la formation de pierres, par exemple dans la fabrication du ciment. Mais également dans le domaine chimique on peut réaliser dans la flamme même des processus de séchage, par exemple l'expulsion des eaux de cristallisation, la calcination et la désulfuration de minéraux, etc...
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Process for carrying out metallurgical reactions in particular for the direct production of iron in the combustion chamber.
The invention relates to a process for carrying out metallurgical reactions, in particular for the direct production of iron in the combustion chamber.
For example, so far the use of pulverized materials
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Rulents constituting residues or appearing unusable with the present preparation methods, caused extraordinary difficulties. It has already been proposed to blow these fine and pulverulent materials into rotary kilns, by blowing them either into a heated flame in the direction of the flow thereof or in the opposite direction, or into a flow of hot gases not more exposed to the action of flames.
For all these processes, it has hitherto had to be observed the disadvantage that the endothermic effect of the reaction, for example of the iron oxides, causes a considerable cooling of the supplied flame or of the heating gases, so that it was not possible to obtain a satisfactory result. On the other hand, if the calorific action of the heating gases or the heating flame is not sufficient, there is a risk that large quantities of fine materials, not floating long enough in the flow of the heating gases. heating, escape the reaction, in the place of which deoxidation turns into reoxidation, so that instead of pure metal a product similar to the initial product came out in the final phase by casting.
It has been proposed to produce a considerable excess of heat by bringing the flame itself to an excessive temperature, in order to oppose the endothermic effect. An attempt has also been made to produce a vortex of flames by means of separate nozzles. Other proposals envisaged having new sources of heat in different places of the furnace, in correspondence with the progression of the deoxidation process, in order to oppose the reoxidation of the precipitated metal or iron.
This arrangement of the separate introduction of the flame, whether a
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flame with oil or pulverized coal, and pulverulent ores in a single combustion chamber imposed complicated constructions of bulky heaters, blowers and transport mechanisms, and complicated closures in the case of the use of rotary kilns.
Another essential disadvantage consisted in that, in order to avoid the reoxidation of the metal or the iron, it was necessary to operate, in a separate process, some agglomeration or an agglutination of the ore, or to blow or introduce with the charge, to protect the mineral. coal ore pulverized to an extent exceeding the calorific powers necessary for thermal use.
The present invention overcomes these drawbacks because it introduces the finely pulverized material to be treated under pressure into the combustible mixture, already before the onset of the action of the flame, that is to say before ignition, in a chamber preceding the nozzles, and that it imparts to all the combustible mixture itself, already in this anteroom of the nozzles, a turbulence such that, as a result of the floating thus produced and the high pressure which prevails, a contact will be obtained intimate and energetic matter suspended in the gas mixture, and consequently already some preliminary reaction before the birth of the flame.
This combustible mixture then being ignited after having passed through the orifices of the nozzles, a large part of the endothermic heat will be replaced by the energy previously employed by the production of the turbulence of the suspended matter and of the movement thus become free of the materials in question. suspense and gas molecules.
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Thanks to this prior intimate contact of the different molecules in the antechamber preceding the tuyeres, it becomes possible that in the flame itself the pure iron or metal precipitates in the form of drops, and that the heat of the flame remains high enough to prevent the reoxidation of iron droplets.
In another embodiment of the invention, additional heat is brought from outside, by means of heating of the antechamber of the nozzles, to the suspended reaction mixture, this heat making the molecular movement even more intimate. At the same time we can use the heated wall of the antechamber of the nozzles to bring heated air to the reaction mixture at the place of birth of the flame, this heated air allowing on one side the ignition, on the other hand, the temperature of the flame is raised.
Another embodiment of the invention consists in imparting to the suspended reaction mixture the effects of force fields causing additional movements to the molecular movements, so that also by this way the contact of the molecules between them becomes more respondent. For example, it is possible to use electric or magnetic turbulence fields to act on the suspended matter in the gas mixture.
The chemical character of the flame to be definitively produced can be determined by bringing, in a known manner, into the flame a gaseous current of an additional nature, whether it is hot steam, water gas, propane, gas. pure oxygen or any other gas.
The introduction of this additional gas stream will advantageously be done through the burner needle, and this water
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gaseous rant will exit directly into the exhaust point of the lit flame.
In order to maintain the intimate action of the swirling of the material with the heating gases and the reaction means, also after the formation of the flame, according to the invention, the centralized burner charges which are already in a flame will be left. certain turbulence, even more in turbulence, because they come to the exhaust orifice in a directing head of flames imparting, by the formation of its walls, a rotary movement to the incipient flame.
It has also proved useful to have this flame directing head operate, if necessary, a division of the flame into separate bundles of flame rotating on their side around their own axis and leaving free in the center an autologous core. by means of the characteristic reaction agent the action of the reaction of the combustion chamber.
With further development the flame directional head itself can be rotated so that the flame beam or the individual flame beams can lick the walls of the reverberant furnace.
- It is useful to obviate the cooling of the flame on the walls additionally heating the wall of the flame guiding earth or the walls of the furnace in which the mixture escapes from a central point.
While until now we have known only the method consisting in bringing into a furnace combustible mixtures of the most varied nature, of solid, liquid and gas composition, and that introduce separately from them, following the principles of equi-current or counter-current, the material to be loaded into the furnace, which has @
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caused, as a result of the differences in heat and the sudden exposure of the material to be treated to the high temperatures of the flame, the drawbacks of a large expenditure of heat which was hardly economical, and which had for consequence number of constructive difficulties in relation to the place and which had to be overcome,
the invention provides for the central combination of the material to be charged at the center of the reaction flame, and the production of the turbulence of the suspended material in the gas mixture before the birth of the flame, which makes it possible to obtain the maximum possible effect of the reaction. é
The drawings represent exemplary embodiments of a device for carrying out the invention.
Figure 1 shows a longitudinal section of a burner with a single exhaust port in the combustion chamber.
Figure 2 shows a detail.
FIG. 3 shows a longitudinal section of a burner fitted with a flame directing head.
Figure 4 shows guide vanes for tangential deflection in the form of a helix-like screw surface.
Figure 5 shows a cross section of the flame directing head.
Figures 6 and 7 show a device for producing flame beams. in
Figure 8 half / a cross section explaining the image of flames.
In figures 1 and 3 -1- denotes the actual nozzle body, in the interior of which is the burner needle -2-, the conveyor screw -3-, the
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inlet pipes -3a-, -3b-, -3c- for gas, ores of all kinds and pulverized coal, and which also contains the inlet for primary air-4- and the inlet for air Secondary 5-. The oil pipe -6-, as well as the gas pipe -7- for the gases to be introduced, such as for example superheated steam, hydrogen, acetylene, pure oxygen, pure carbon monoxide, propane gas (C3H8), are mounted externally on the nozzle body -1-. The oil passes through the stuffing box -9-, the reheating turns of the antechamber of the nozzle are designated by -8-.
The wall of the antechamber of the nozzle is provided at -10-, at the inlet of the primary air, with guiding ribs.
On figure 3 we see on the right, connected to the burner the flame directing head -13- with the guide vanes -12- and the central nozzle-11-. The heating turns 14 are located in the wall of the directing head -13-. The furnace body -15- is shown as that of a cylinder or rotary furnace. The device for controlling the rotation of the directing head is indicated schematically at-16-.
In the directing head of the flame are arranged guide vanes -12- driven axially and which are found in small numbers in the directing head of the remainder smooth and conical, so that the projection of the gaseous masses against the wall of the furnace -15- is assured.
The guide vanes -12- are constructed as helical surfaces with three, four or more pitches, the pitch of the helical surface being able to be varied at will, therefore in an appropriate manner, from the beginning to the end of the propeller.
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In the image of the flames according to figure 8 there is, by way of example, the production of four bundles of sprays of flames a, b, c, and d, each of which swirls around e on its own axis, leaving free an interior vacuum / in which, if necessary by the pipe -7- (figure 3) and the bore of the needle -2-, as well as by the nozzle -11- acting as ejector, one can introduce in the center of the flame a gas stream of any composition and effect.
Another embodiment according to the invention aims to make the entire supply of fuels and materials to be treated, solids, liquids and gases, including the movement of the supply air, fully automatic in dependence on the flame coming from it. 'to be lit, The proposal for the solution of this idea of the invention aims once to have the combustion chamber observed by thermal elements or by photoelectric cells, another time it envisages choosing if necessary , in view of the turbulent conditions in the combustion chamber, the antechamber of the nozzle as a place of observation.
Figures 1 and 3 show an example of a corresponding device for the fully automatic realization of the adjustment of the fuel mixture. Here, schematically indicates a thermoelectric couple or a suitable photoelectric cell, in communication with a device of adjustment-18- and actuating the control relay-19-. The control motor -20- actuating the entire fuel mixture adjustment mechanism will then be started forwards or backwards in the direction of an increase or decrease in the feed.
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The process according to the invention and the devices described make it possible to carry out all thermal processes, for example those in the field of metallurgy, heavy metals and light alloys. Agglomeration and agglutination processes can be carried out, as needed for example for working with minerals, for forming stones, for example in the manufacture of cement. But also in the chemical field it is possible to carry out in the flame itself drying processes, for example the expulsion of crystallization waters, the calcination and desulphurization of minerals, etc ...